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应用探析|高速摄像机在复合绝缘子硅橡胶表面疏水性能研究中的应用

      硅橡胶具有良好的绝热绝缘性、耐腐蚀、耐污秽、抗震等特点,因其特性和便于加工等优点被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车及电力电子等领域。

      随其应用不断增加,很多工况下硅橡胶部件需要具备良好的疏水性,其中对于输电线路中的复合绝缘子,具有良好疏水性的部件可减少发生表面积污闪络及覆冰闪络故障。故对织构参数及液滴在织构表面弹跳性能的研究具有重要意义。

      来自三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室暨河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室的赵美云博士及其科研团队,采用千眼狼高速摄影等技术,研究基于按不同超疏水织构设计加工的复合绝缘子硅橡胶表面对于疏水性能的影响机理。

试验过程和试验结果

      1、先用激光雕刻机在复合绝缘子硅橡胶样品表面加工不同类型不同尺寸的织构,选取方柱、方孔、圆孔、横向槽、波纹槽、菱柱为表面织构形状(如图1)。

图1 表面织构模型

      2、采用超景深三维显微系统、接触角测量仪等仪器确定最优的织构高度、尺寸、间距参数(更多详情请见《中国表面工程》2019年01期)

      3、采用千眼狼高速摄像机系统拍摄记录水滴从距离表面 15 cm处自由降落于原始无织构及几种最优参数织构表面的过程(如图2),以观测液滴在织构表面的弹跳性,进而推测出液滴与表面织构的粘附程度

图2 液滴落在原始及最佳参数织构化表面过程的高速图像

      由第一序列图像(a)可知,液滴落在无织构原始表面,从表面铺开,后有向上弹起趋势,但没有离开表面,几次震荡后在表面形成一个半球,说明液滴与表面的粘附力很大;序列图像(b)-(e)显示,液滴落在其他织构化表面时,碰撞后在表面铺展,由于液体表面张力的作用重新聚集,并且有向上溅射的趋势,经过几次振荡后形成近似球形,在波纹槽及菱形织构表面,经几次弹跳后,最终以球状停留在表面,且液滴在菱形织构表面上弹起次数最多,高度最高,详见序列图像(e),说明菱柱织构硅橡胶表面粘附力最小,疏水性能最佳。

      上述研究成果表明,菱柱织构是最佳的疏水表面织构。液滴在菱柱织构表面弹起高度最高且次数最多,有利于减少覆冰。研究成果对设计具有疏水防冰功能的新型绝缘子,避免重大冰灾事故的发生具有一定的理论意义和应用价值。